Antimon (Sb)

Details

Last Updated: Friday, 27 January 2023 10:52

Published: Thursday, 26 March 2020 14:58

Egenskaper
Verksamheter
Spridningsvägar
Risker
Undersökningar
Åtgärdsmetoder att beakta
Referenser

Antimon är en ovanlig metall och i Sverige förekommer grundämnet i stort sett enbart bundet till svavel i föreningar med bly, koppar och silver och kallas för sulfosalter (sgu.se/antimon). Ett av de viktigaste silvermineralen i Sverige är sulfosaltet tetrahedrit som innehåller antimon. Det har visats att antropogen spridning av antimon inleddes redan under antiken, t ex. användes mineralet Stibnit, som gett upphov till den kemiska förkortningen Sb, som svart smink av antikens kvinnor. Sedan, i samband med den kolanvändning som kännetecknar den tidiga industrialismen, ökade spridningen av antimon till luft och mark (Sternbeck et al.  2002).

Figur 1. Stibnit (Sb2S3) som användes som svart smink under antiken. Foto: Chris Hoyle. CC BY-NC-ND 2.0

Det viktigaste användningsområdet är som flamskyddande medel. Grundämnet och dess föreningar används även i batterier, plast, gummi, glas, papper och färg. Dess begränsade ledande egenskaper gör att antimon har fått en växande betydelse inom halvledartekniken. Små mängder av antimon används också i legeringar för att förstärka vissa egenskaper, som ökad hårdhet eller styvhet (sgu.se/antimon).

Av det antimon som släpps ut via reningsverk fastläggs antagligen cirka 50% i avloppsslam och 50% avgår till recipient. Sill/strömming har låga halter runt Sveriges kuster (sgu.se/antimon).

Den globala nyproduktionen och användningen av antimon har ökat starkt under 1900-talet, särskilt under de senaste 30–40 åren, och är betydligt större än för t.ex. arsenik och kadmium. Samtidigt minskar återvinningsgraden av antimon (Sternbeck et al. 2002).

Egenskaper

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Antimon är en halvmetall och liknar arsenik både kemiskt och toxikologiskt. Den är en silvervit spröd, smältbar metall med dålig elektrisk- och värmeledningsförmåga. Densiteten är 6697kg/m³, smältpunkten 631^◦C och kokpunkten 1635^◦C. Antimon förekommer vanligtvis i två oxidationstal, Sb(III) och Sb(V), där Sb(V) är den stabila formen i aeroba miljöer. Den trevärda jonen Sb(III) har betydligt högre toxicitet (Bolan et al 2022). I bägge oxidationstillstånden förekommer antimon i molekyler som är relativt icke-polära vilket gör att det har lång residenstid i den akvatiska miljön. Antimonat adsorberas till viss del till Fe- och Al-oxider. Antimon(III) adsorberas sannolikt svagt till Fe- och Al-oxider, och som mest vid höga pH-värden men i vissa förhållanden gör högt pH antimon mobilt, se Figur 2. Vid anaeroba förhållanden kan båda antimonformerna reagera med sulfid, och bilda olika typer av komplex och utfällningar. Vid mycket höga koncentrationer antimonat (t.ex.markvatten i skjutbanor) kan kalciumantimonat, Ca[Sb(OH)6], fällas ut. Sammantaget gör detta att Sb kan bindas till viss del i jorden under syresatta förhållanden. Under övriga förhållanden är Sb lättlösligt (NV rapport 5536).

Figur 2. Redox potential (Eh)–pH diagram för antimon i vatten (Sternbeck et al 2002).

Naturlig förekomst och bakgrundshalt

I Sverige förekommer antimon nästan uteslutande i föreningar med koppar, bly och silver som binder till sulfat. Dessa föreningar kallas sulfosalter. Gångförekomster med antimonförande sulfosalter förekommer bland annat i Dalsland, Värmland samt i svenska fjällkedjan (sgu.se/antimon). 

Bakgrundshalter av antimon i morän i Sveriges län finns här.

För detaljerad information om bergartskemi se SGU: Kemisk bergartskarta.

För detaljerad information om grundvattenkemi för stationer som ingår i miljöövervakningen se SGU: Grundvattenkemi.

Naturliga halter medianvärde, antimon i Östersjönsediment är 0.8 µg/g TS och för nutida förekomst i södra östersjön och Stockholms skärgård 1.22 µg/g TS (Sternbeck et al 2002).

Se även SGU:s maringeologiska karta för metaller.

Förekomst i verksamheter

Antimon används främst som flamskyddsmedel, men även inom tillverkningsindustrin för olika produkter som batterier, plast, gummi, glas, papper och färg. Antimon används i legeringar och används även mer och mer inom halvledarteknik (sgu.se/antimon). De största antropogena källorna är gruvindustrin och läkemedelsindustrin. Avloppsreningsverk och deponier är stora enskilda sekundära källor (Bolan N. et al 2022). Glasindustrin har en betydande spridning av antimon inom lokalområdet. Förhöjda halter av antimon har noterats lokalt i luft, vatten, sediment och fisk i närheten till glasindustriverksamheter. Spridning sker även från plastindustrin samt från textiler och bilbromsar. Antimon tillsätts till blyammunition för att göra dem hårdare med mellan 2 och 8 % antimon och kan därför finnas i relativt höga koncentrationer vid skjutbanor (Mariussen et al 2017).

Figur 3. Plast har blivit en betydande källa för antimon i miljön och exponering för människor. Foto: Ravi Khemka. CC BY 2.0.

Spridningen från plast blir allt mer påtaglig. Antimon används både som flamskyddsmedel i plast och som katalysator i produktionen. Vilket betyder att stora mängder är satt i cirkulation. En studie har beräknat att enbart produktionen av PET i Kina släppte ut 2 926 ton antimon till vattenvägar år 2018, till det tillkommer utsläpp från slutprodukterna i system, på 1108 ton som hamnade på deponi och 284 ton som hamnade i atmosfären efter förbränning, plus 872 ton med okänd destination (Chu et al 2021).

För hela Naturvårdsverkets branschlista för förorenade områden där antimon använts se här.

Spridningsvägar för olika faser och medier

Antimon kan spridas långa sträckor med atmosfären och påverka både mossor och sediment även om belastningen har minskat sedan 1970-talet (Steinnes E. et al 2001).

Antimon förekommer i två oxidationstal i naturen, Sb⁺⁵ och Sb⁺³.  I aeroba miljöer är Sb⁺⁵ den stabila formen, men även Sb⁺³ kan förekomma i aeroba miljöer vilket tros bero på antingen biologisk- eller fotoreduktion av Sb⁺⁵ eller på antropogen spridning av Sb⁺³. Antimon förekommer även som metylerade föreningar, de metylerade föreningarna bildas genom mikrobiell aktivitet (Jenkins et al. 1998).

Jord

Under syresatta förhållanden och vid pH högre än 7 kan antimon till viss del bindas i jorden. Under övriga förhållanden är ämnet lättlösligt (NV rapport 5536). Antimons mobilitet i jord påverkas även av interaktioner med Fe och Al- oxider i jorden (Verbeeck et al. 2021). I reducerande miljö kan närvaro av Fe (III) och reducerande mikroorganismer frigöra bunden antimon (Burton E.D. et al. 2019). Om jorden innehåller mycket alkalimetaller och alkaliska jordartsmetaller stabiliserar det antimon som bildar olösliga mineraler med dessa så som kalciumantimonat (Herath et al. 2017).

Sediment

Antimon förekommer naturligt i sediment och har i en norsk studie påvisat hög anrikningsförmåga i sediment i jämförelse med 12 andra metaller (Rognerud & Fjeld 2001).

Vatten

I naturliga vatten förekommer Sb⁺⁵ som Sb(OH)₆ ^- medan Sb⁺³ troligen förekommer som Sb(OH)₃. Antimon kan reduceras i vatten genom att binda till hydratiserade järnoxider (HFO). Vid avsaknad av HFO kan antimon transporteras flera kilometer (Craw & Ashley 2013).  I Östersjön är cirka 10% av löst antimon i metylerad form (Jenkins et al. 1998).

Miljö- och hälsorisker

Miljörisker

Antimon påverkar enzymatiska processer och har visats vara toxiskt emot mikroorganismer som svampar, bakterier och arkéer och antimon ändrar mikrobsamhället i vatten, jord och sediment (He et al. 2018). I djurriket har man sett att maskar tar upp och påverkas av antimon och mösstudier visar på njurskador. Mänskliga HepG2 celler visar på ett LD50 runt 350 µg/ml med Ph3Sb(OH) (He et al. 2018). I växter har man sett störd hormonsyntes, minskad fotosyntes och missväxt när växter har tagit upp för mycket antimon (Bolan et al 2022).

Sedan 2001 ska årliga utsläpp av antimon rapporteras från tillståndspliktiga verksamheter (NFS 2019:7).

Hälsoeffekter

Antimon anses vara cancerframkallande och kan skada foster och små barn. Vid akut exponering av antimon genom inandning påverkas hud och ögon. Vid långtidsexponering påverkas främst andningsvägarna och kan leda till lunginflammation, kronisk bronkit och kroniskt emfysem (EPA fact sheet). Antimon har ingen känd biologisk funktion, men är toxisk vid höga koncentrationer där olika typer av toxiska effekter har rapporterats. Sb⁺³ är mer toxiskt än Sb⁺⁵. Enligt EU:s vattendirektiv är gränsvärdet för Sb i dricksvatten 5 µg/l.

Riskbedömning

Oral biotillgänglighet i jord har undersökts för riskbedömning av ett före detta glasbruk i Åryd. Testet av biotillgänglighet påvisade låg (16%) biotillgänglighet för antimon i fyllnadsmaterialet som undersöktes (Golder Associates). Till skillnad från majoriteten av andra föroreningar, kan antimon vara mer biotillgängligt vid höga pH och mer organiskt material i jorden (Bolan et al 2022). Förhållandena är dock komplexa och andra saker som vilka mineraler som ingår i jorden, jonstyrka och biologiska faktorer kan spela stor roll därför kan det bli nödvändigt att mäta biotillgängligheten, för att göra en adekvat riskbedömning.

Figur 3. Faktorer och processer som påverkar biotillgängligheten av antimon. Källa: Bolan et al 2022. CC BY-NC-ND 4.0

Tester av biotillgänglighet erbjuds i dagsläget av Statens Geotekniska Institut (SGI). Kontakta SGI och stäm av syfte, metodik och vad resultat kan användas till innan provtagning för analys av biotillgänglighet görs.

Här finns mer information om biotillgänglighet vid efterbehandling och riskbedömning.

Hälsa

Det svenska gränsvärdet på 5 µg/l för både dricksvatten och enskilda brunnar för antimon är avsevärt lägre än WHO:s riktvärde på 20 µg/l. För aktuellt gränsvärde se Livsmedelsverkets författningssamling.

Miljö

Jord

Vid bedömning av förorenade områden styr de generella riktvärden för förorenad mark. Länk till generella riktvärden finns här.

Skydd av ytvatten

Havs- och Vattenmyndigheten har inte utfärdar något riktvärde för antimon avseende ytvatten.

Angående undersökningar

För generella provtagningsstrategier se: http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/provtagningsstrategier

För mediespecifik provtagning se:

http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/medier

Provhantering och provberedning (gränssnitt mellan konsult och labbet)

Jord

Vid provtagning av jord bör utgångsläget vara att halterna antimon i jorden är heterogent fördelade och eftersom den mängd jord som tas ut för själva analysen är mycket liten är det viktigt att homogenisera provet (kräver provberedning på labb) för att få en jämn fördelning av föroreningshalter i provet.

Upprepade analyser med XRF-instrument kan med fördel användas för fältanalys av metaller i jord och andra fasta material (SGF rapport 2:2013).  Resultaten från fältanalyser behöver kombineras med laboratorieanalyser vid t.ex. riskbedömning då fältanalyserna ofta ej är direkt jämförbara med riktvärden.

Antimon binds lätt till partiklar och kan påverka andningsorganen vid inandning av damm så försiktighet vid provtagning och sanering bör tillämpas.

Vatten

Inför provtagning av grundvatten bör vattnet i grundvattenröret omsättas före provtagning. Vid provtagning av metaller exempelvis antimon är grundvattenrör av plast att föredra. Provtagningsutrustningen ska vara tillverkade av inerta material. Slangar ska sköljas igenom med metallfritt avjoniserat vatten mellan provtagningstillfällena. Då bailers används är det viktigt att undvika kontamineringsrisker (SGU rapport 2013:01).

Sediment

Sedimentprover ska tas på ackumulationsbotten där föroreningarna ansamlas och inte omlagras. Fördelningen av föroreningar i sedimenten kan anses vara homogena spatialt men kan variera i djupled. Som stöd för analysen kan redoxpotential mätas direkt i fält.

Fyllnadsmassor

Partikelbundna föroreningar i fyllnadsmassor har ofta stor haltvariation både i sidled och i djupled då äldre utfyllnader oftast gjordes med för dagen tillgängliga massor, med rätt geotekniska egenskaper, men med mindre hänsyn till innehållet av farliga ämnen. Provtagning av fyllnadsmassor bör därför provtas systematiskt i tredimensionella rutnät både i sidled och djupled. Underliggande ostörda jordlager (torrskorpelera, tät lera, morän, sand) bör aldrig ingå i samma jordprov som den ovanliggande påverkade jordmassan.

Provhantering, provtagningskärl och analysmetoder

För att rätt provtagningskärl ska användas vid specifika prov är det viktigt att kontakta analyserande labb för en diskussion om provhantering så som filtrering eller surgörande av provet och rätt provkärl. Viktigt är att provkärl fylls till brädden och förvaras mörkt och kallt under transport till laboratorium.

Åtgärdsmetoder att beakta

För lämpliga åtgärdstekniker se:

https://atgardsportalen.se/

Läs mer under respektive metod för att bättre kunna bedömma om metoden är möjlig att använda i en specifik föroreningssituation.

In situ

Fytosanering
Grundvattenpumpning och behandling - skyddspumpning kan tillämpas för att kontrollera spridning

Inneslutning/barriärteknik

Kemisk reduktion - främst för behandling av CrVI

Stabilisering/solidifiering

Termisk behandling – För kvicksilverförorenad jord

Ex situ - baseras på att schaktning är möjligt

Deponering

Gräv- och schaktsanering
Jordtvätt
Termisk behandling –främst för kvicksilver och kvicksilverföreningar

Referenser

Bolan N., Manish Kumar, Ekta Singh, Aman Kumar, Lal Singh, Sunil Kumar, S. Keerthanan, Son A. Hoang, Ali El-Nag. Antimony contamination and its risk management in complex environmental settings: A review. Environment International. Volume 158, 2022, 106908, ISSN 0160-4120, https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106908.

Burton E. D., Hockman K., Karimian N., Johnston S. G. (2019). Antimony mobility in reducing environments: the effect of microbial iron(III)- reduction and associated secondary mineralization.

Chu, J., Hu, X., Kong, L., Wang, N., Zhang, S., He, M., … Lin, C. (2021). Dynamic flow and pollution of antimony from polyethylene terephthalate (PET) fibers in China. Science of The Total Environment, 771, 144643. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144643

Chem.-Biol. Interactions. 107, 131-144. ECHA. Substance infocard, 2020. https://echa.europa.eu/sv/substance-information/-/substanceinfo/100.028.314

Craw D, Wilson N., Ashley P.M. (2013). Geochemical controls on the environmental mobility of Sb and As at mesothermal antimony and gold deposits.

Fälthandbok, Undersökningar av förorenade områden. Rapport 2:2013.

Gebel T. (1997) Arsenic and antimony: comparative approach on mechanistic toxicology.

Golder Associates AB. Huvudstudie Åryd f.d. glasbruk riskbedömning. (2019).

He M, Wang N, Long X, Zhang C, Ma C, Zhong Q, Wang A, Wang Y, Pervaiz A, Shan J. Antimony speciation in the environment: Recent advances in understanding the biogeochemical processes and ecological effects. J Environ Sci (China). 2019 Jan;75:14-39. doi: 10.1016/j.jes.2018.05.023. Epub 2018 Jun 14. PMID: 30473279.

Herath I., Vithanage M., Bundschuh J. Antimony as a global dilemma: Geochemistry, mobility, fate and transport. Environmental pollution. Vol. 223. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.01.057

Jenkins R. O., Craig P., Goessler W., Miller D., Ostah N., and Irgolic K. J. Biomethylation of Inorganic Antimony Compounds by an Aerobic Fungus:  Scopulariopsis brevicaulis. Environmental Science & Technology 1998 32 (7), 882-885

Mariussen E., I.V. Johnsen, A.E. Strømseng. Distribution and mobility of lead (Pb), copper (Cu), zinc (Zn), and antimony (Sb) from ammunition residues on shooting ranges for small arms located on mires. Environmental Science and Pollution Research, 24 (11) (2017), pp. 10182-10196

Naturvårdsverket. (2000). Naturvårdsverkets föreskrifter om miljörapport för tillståndspliktiga miljöfarliga verksamheter. NFS 2000:13.

Naturvårdsverket. (2006). Metallers mobilitet i mark. Rapport 5536. Kunskapsprogrammet Hållbar Sanering. ISBN 91-620-5536-4.pdf.

P.M. Ashley, D. Craw & M. Tighe (2005). Mobilisation and dispersal of antimony from antimony-gold mineral deposits in circumneutral pH waters: environmental consequences in Australasia.

Rognerud S. och Fjeld E. Trace Element Contamination of Norwegian Lake Sediments. AMBIO: A Journal of the Human Environment 30(1), 11-19, (1 February 2001). https://doi.org/10.1579/0044-7447-30.1.11

SGF rapport 2:2013. Fälthandbok: Undersökningar av förorenade områden. ISSN 1103-7237.

SGI 2005: Jämförelse av lakning från naturmaterial och restprodukter – Ett tioårigt perspektiv. Rapport. Uppdragsnummer 12081-200, diarienummer 10404-0263.

SGU rapport 2013:01: Bedömningsgrunder för grundvatten.

SGU rapport K 45. Andersson M. Metaller i morän och andra sediment från Varberg till Lidköping. Rapport K 45, DOI: 10.1021/es970824p Geokemiska kartan, Markgeokemi,

Steinnes E., Berg T., Eidhammer E., Uggerud H. och Vadset M. (2001) Atmosfaerisk nedfall av tungmetaller. Statsens forurensningstilsym, rapport 838/01

Sternbeck, J., Palm, A., och Kaj, L., (2002). Antimon i Sverige – användning, spridning och miljöpåverkan. IVL Svenska Miljöinstitutet.

US Environmental protection agency (2000). Antimony compounds.

https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-09/documents/antimony-compounds.pdf

Verbeeck M., Moens C., Gustafsson J.P, (2021). Mechanisms of antimony ageing in soils: An XAS study. Applied Geochemistry, Volume 128, 2021, 104936, ISSN 0883-2927, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2021.104936.

World health organization. Antimony. https://www.who.int/water_sanitation_health/water-quality/guidelines/chemicals/antimony-fs-new.pdf